基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于中紅外激光器的森林火災(zāi)遠(yuǎn)程早期探測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括：中紅外激光雷達(dá)、信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊、監(jiān)控系統(tǒng)以及監(jiān)控調(diào)度中心。有益之處在于：本發(fā)明的系統(tǒng)采用中紅外激光器作為激光雷達(dá)光源，實(shí)現(xiàn)了安全、低損耗、遠(yuǎn)距離且高精度的探測(cè)，有效探測(cè)距離達(dá)到半徑6km，實(shí)現(xiàn)了對(duì)100平方公里內(nèi)的森林覆蓋進(jìn)行有效早期火災(zāi)預(yù)防，保證了森林火災(zāi)探測(cè)的遠(yuǎn)程控制、智能化、靈活性等，最大限度地提高了火災(zāi)預(yù)警；能夠同時(shí)產(chǎn)生3個(gè)波長(zhǎng)的中紅外激光器則進(jìn)一步提升了火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確度和精度，可靠性高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，具體涉及基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]森林火災(zāi)是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難的自然災(zāi)害，所以，對(duì)于森林火災(zāi)的預(yù)防工作是十分重要的。目前，主要發(fā)達(dá)國(guó)外森林防火技術(shù)有以下幾種:德國(guó)采用FIRE-WATCH森林火災(zāi)自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)半徑10公里，但是，系統(tǒng)準(zhǔn)確率低，需要地面花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行核實(shí)。美國(guó)采用護(hù)林飛機(jī)和紅外遙感火災(zāi)預(yù)警飛機(jī)巡邏及“大地”衛(wèi)星在離地面大約705公里的軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行探測(cè)，但是此方案耗資巨大。加拿大采用衛(wèi)星巡回監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及配置多架先進(jìn)的直升飛機(jī)輪流監(jiān)測(cè)，同樣費(fèi)用相當(dāng)可觀(guān)。國(guó)外的技術(shù)有的雖然可靠，但需要借助高空衛(wèi)星，且施工太復(fù)雜；有的技術(shù)方案基礎(chǔ)實(shí)施投資太大，難以滿(mǎn)足我國(guó)森林資源監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要。
[0003]國(guó)內(nèi)主要采用的監(jiān)測(cè)方法有以下幾種:1.地面巡護(hù)，主要通過(guò)宣傳群眾，控制人為火源；野外及生活用火檢查；偏遠(yuǎn)地區(qū)采用視頻監(jiān)控方式。2.瞭望臺(tái)監(jiān)測(cè)，通過(guò)瞭望臺(tái)來(lái)觀(guān)測(cè)林火的發(fā)生，報(bào)告火情，覆蓋面積較大，不過(guò)受地形地勢(shì)的限制及煙霧天氣限制，且存在瞭望員主觀(guān)意見(jiàn)及人身安全等方面問(wèn)題。3.航空巡護(hù)，利用巡護(hù)飛機(jī)進(jìn)行林火的探測(cè)，視野寬、機(jī)動(dòng)性大、速度快可做到全面觀(guān)察，不過(guò)受天氣、時(shí)間、航線(xiàn)等影響嚴(yán)重。4.衛(wèi)星遙感，利用極軌氣象衛(wèi)星、陸地資源衛(wèi)星、地球靜止衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星探測(cè)林火，該方案探測(cè)范圍廣、搜集數(shù)據(jù)快、能得到連續(xù)性資料，不受地形條件的影響，影像真切，但利用衛(wèi)星遙感會(huì)占據(jù)大量資料，且難以在早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、高準(zhǔn)確率的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍內(nèi)森林火災(zāi)早期探測(cè)預(yù)警的作用。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
本發(fā)明的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，包括:作為探測(cè)器件的中紅外激光雷達(dá)，能夠360度旋轉(zhuǎn)且俯仰角度能夠調(diào)節(jié)，所述中紅外激光雷達(dá)包括一中紅外激光器；信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，接受中紅外激光雷達(dá)探測(cè)到的信號(hào)，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理以判斷是否有火災(zāi)，采用無(wú)線(xiàn)微波傳輸方式，傳輸頻率選自L(fǎng)波段、S波段或Ku波段；包括一攝像機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，接受信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊的信息及拍攝指令進(jìn)行拍攝，并將拍攝數(shù)據(jù)傳送到信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊；監(jiān)控調(diào)度中心，根據(jù)信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊發(fā)回的信號(hào)，安排車(chē)輛和人員調(diào)度。
[0006]優(yōu)選地，前述中紅外激光雷達(dá)安裝于一基站鐵塔上，探測(cè)范圍為以中紅外激光雷達(dá)所在位置為圓心的半徑6km的區(qū)域。
[0007]進(jìn)一步地，前述基站鐵塔的頂部安裝一避雷針，接地電阻不大于4歐姆以保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括:一通過(guò)無(wú)線(xiàn)接收信號(hào)的中繼器，將接收到的信號(hào)放大后轉(zhuǎn)發(fā)，以保證信號(hào)傳輸質(zhì)量和傳輸距離；采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)進(jìn)行供電且保證能夠給每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的前段所有設(shè)備提供至少24小時(shí)的電力。
[0009]更進(jìn)一步地，前述中紅外激光器的技術(shù)指標(biāo)如下:平均功率>3 Wi30 kHz ;重復(fù)頻率I kHz-100 kHz ;脈沖寬度<20 nsi30 kHz ;光束質(zhì)量M2 < 1.5 ;激光器的功率不穩(wěn)定度(3% ;連續(xù)工作時(shí)間≥10小時(shí)；累積壽命≥5000小時(shí)。
[0010]前述中紅外激光器能夠發(fā)出三個(gè)波長(zhǎng)的中紅外激光，這些波長(zhǎng)的中紅外激光能夠分別被火災(zāi)預(yù)燃階段釋放出的無(wú)機(jī)類(lèi)和有機(jī)類(lèi)分子氣體及其他微小顆粒物強(qiáng)烈吸收，以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)煙霧中多種氣體和顆粒進(jìn)行探測(cè)；所述無(wú)機(jī)類(lèi)分子氣體包括:C0，CO2, NOx, HCI,HBv, H2S, HN3, HCN, P2O5, HF，SO2，有機(jī)類(lèi)分子氣體包括:光氣、醛類(lèi)氣體、氰化氫。
[0011]具體地，前述三個(gè)波長(zhǎng)為:3.8μπι、3.3μπι、3.I μ m。
[0012]前述中紅外激光器的晶體在軸向的晶體結(jié)構(gòu)通過(guò)人工加工后被改變，會(huì)產(chǎn)生周期性的變化，從而使基頻激光可以轉(zhuǎn)化為不同波長(zhǎng)的中紅外激光，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)同軸輸出多個(gè)波長(zhǎng)。
[0013]前述中紅外激光器內(nèi)部安裝有激光光斑探測(cè)器和自控裝置，所述激光光斑探測(cè)器探測(cè)光斑表面形狀，并利用自控裝置精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)耦合光斑，達(dá)到修正熱形變的目的。
[0014]前述中紅外激光器內(nèi)部采用了強(qiáng)熱透鏡諧振腔設(shè)計(jì)技術(shù)，將所有包括的光學(xué)器件的熱透鏡效應(yīng)以及由強(qiáng)光引起的微小形變作為變量引入到系統(tǒng)之中，并在此基礎(chǔ)上找出激光器最佳的配置參數(shù)；所述中紅外激光器內(nèi)部采用了高功率二極管激光列陣的波長(zhǎng)自適應(yīng)技術(shù)，主動(dòng)探測(cè)泵浦光在晶體內(nèi)部的吸收，從而通過(guò)調(diào)節(jié)激光二極管陣列的工作溫度而使整個(gè)半導(dǎo)體工作系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明中，實(shí)現(xiàn)三波長(zhǎng)激光輸出的中紅外激光器是多波長(zhǎng)探測(cè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)。在火災(zāi)發(fā)生的早期階段，熱源會(huì)釋放出大量不可見(jiàn)的痕量氣體和微小顆粒，包含了森林可燃物因受熱分解或燃燒而生成的多種小分子氣體及其他微小顆粒物，包括無(wú)機(jī)類(lèi)(CO，CO2,NOx, HCI, HBv, H2S, HN3, HCN, P2O5, HF，SO2)和有機(jī)類(lèi)(光氣、醛類(lèi)氣體、氰化氫等)。這些氣體及微小顆粒一般在火災(zāi)預(yù)燃階段就會(huì)大量產(chǎn)生，而此時(shí)煙氣尚未形成，使用傳統(tǒng)探測(cè)方法還無(wú)法進(jìn)行探測(cè)。所幸的是，這些氣體及微小顆粒可以強(qiáng)烈吸收中紅外激光輻射，而不同的氣體種類(lèi)對(duì)應(yīng)不同的輸出波長(zhǎng)。所以，本發(fā)明優(yōu)選選用3.8微米、3.3微米、3.1微米三個(gè)輸出波長(zhǎng)對(duì)不同氣體進(jìn)行分別檢測(cè)。然后通過(guò)對(duì)三種氣體測(cè)量結(jié)果的分析比對(duì)，精確監(jiān)控森林火險(xiǎn)發(fā)生的地點(diǎn)及規(guī)模。采用中紅外激光器作為激光雷達(dá)光源，實(shí)現(xiàn)了安全、低損耗、遠(yuǎn)距離且高精度的探測(cè)，有效探測(cè)距離達(dá)到半徑6km，實(shí)現(xiàn)了對(duì)100平方公里內(nèi)的森林覆蓋進(jìn)行有效早期火災(zāi)預(yù)防。
[0016]綜上，本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明的系統(tǒng)采用中紅外激光器作為激光雷達(dá)光源，實(shí)現(xiàn)了安全、低損耗、遠(yuǎn)距離且高精度的探測(cè)，有效探測(cè)距離達(dá)到半徑6km，實(shí)現(xiàn)了對(duì)100平方公里內(nèi)的森林覆蓋進(jìn)行有效早期火災(zāi)預(yù)防，保證了森林火災(zāi)探測(cè)的遠(yuǎn)程控制、智能化、靈活性等，最大限度地提高了火災(zāi)預(yù)警；能夠同時(shí)產(chǎn)生3個(gè)波長(zhǎng)的中紅外激光器則進(jìn)一步提升了火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確度和精度，可靠性高?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)的示意圖。
[0018]圖中附圖標(biāo)記的含義:1、基站鐵塔，2、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，3、攝像機(jī)，4、避雷針，5、中紅外激光雷達(dá)，6、信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，7、中繼器，8、監(jiān)控調(diào)度中心。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。
[0020]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，包括:中紅外激光雷達(dá)5、信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊6、包括一個(gè)攝像機(jī)3的監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控調(diào)度中心8。其中，中紅外激光雷達(dá)5包括一個(gè)中紅外激光器，是整個(gè)系統(tǒng)的核心探測(cè)器件，最好安裝于一個(gè)高度適宜的基站鐵塔I上，且中紅外激光雷達(dá)5能夠360度旋轉(zhuǎn)且俯仰角度能夠調(diào)節(jié)，以保證探測(cè)范圍是以中紅外激光雷達(dá)5所在位置為圓心的半徑6km的區(qū)域，且該范圍內(nèi)探測(cè)無(wú)死角。信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊6則負(fù)責(zé)接受中紅外激光雷達(dá)5探測(cè)到的信號(hào)，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理以判斷是否有火災(zāi)，若發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，則發(fā)出火災(zāi)位置及拍攝指令到監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機(jī)3進(jìn)行拍攝，拍攝的數(shù)據(jù)再傳送到信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊6，優(yōu)選采用紅外敏感型彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機(jī)，鏡頭選用日夜兩用型鏡頭。信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊6負(fù)責(zé)處理信號(hào)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將火災(zāi)相關(guān)信息發(fā)出，優(yōu)選采用無(wú)線(xiàn)微波傳輸方式，傳輸頻率選自L(fǎng)波段、S波段或Ku波段，輸出功率的大小可根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近及其他自然條件進(jìn)行選擇，火災(zāi)相關(guān)信息被無(wú)線(xiàn)傳送至監(jiān)控調(diào)度中心8，監(jiān)控調(diào)度中心8將合理安排車(chē)輛(如消防車(chē))和人員(如消防員)調(diào)度。
[0021]進(jìn)一步地，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括一中繼器7，中繼器7能夠保證信號(hào)傳輸距離更遠(yuǎn)并且確保信號(hào)傳輸質(zhì)量，特別是，在信號(hào)傳輸可能遇到障礙物阻擋的情況下，優(yōu)選采用中繼器7。同時(shí)，本發(fā)明中優(yōu)選采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)2進(jìn)行供電，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的電能為整個(gè)系統(tǒng)提供電力供給，太陽(yáng)能電池板的具體配置面積及電池存儲(chǔ)電量根據(jù)系統(tǒng)需求電力進(jìn)行配置，但至少保證能夠給每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的前段所有設(shè)備提供24小時(shí)的電力，確保陰雨天也能夠?yàn)橄到y(tǒng)工作提供可持續(xù)能源。當(dāng)然，在方便使用市電的條件下，電力供給也可采用市電。
[0022]為了有效防止雷雨天氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備受到雷擊損壞，在基站鐵塔I的頂部安裝一避雷針4，接地電阻不大于4歐姆。同時(shí)，基站鐵塔I還能為太陽(yáng)能供電系統(tǒng)2、信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊6、監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)3提供合適的安裝位置。
[0023]作為一種具體選擇，本發(fā)明的中紅外激光器的技術(shù)指標(biāo)如下:平均功率:>3 TO30kHz ;重復(fù)頻率:1 kHz-100 kHz ;脈沖寬度:≤20 nsi30 kHz ;光束質(zhì)量:M2≤1.5 ;激光器的功率不穩(wěn)定度3% ;連續(xù)工作時(shí)間S 10小時(shí)；累積壽命S 5000小時(shí)。此處中紅外激光器也可采用重復(fù)頻率不在I kHz-100 kHz內(nèi)的、脈沖寬度也可比20ns更寬的、光束質(zhì)量M2 > 1.5的類(lèi)似的激光器，但是，為了確保探測(cè)精度，激光器的輸出功率的不穩(wěn)定度必須(3%。
[0024]本發(fā)明中，是利用森林火災(zāi)爆發(fā)前釋放出的煙氣包含了森林可燃物因受熱分解或燃燒而生成的多種小分子氣體及其他微小顆粒物，包括無(wú)機(jī)類(lèi)(CO，CO2, NOx, HCI, HBv, H2S,HN3, HCN, P2O5, HF，SO2)和有機(jī)類(lèi)(光氣、醛類(lèi)氣體、氰化氫等)。這些氣體及微小顆粒一般在火災(zāi)預(yù)燃階段就會(huì)大量產(chǎn)生，而此時(shí)煙氣尚未形成，使用傳統(tǒng)探測(cè)方法還無(wú)法進(jìn)行探測(cè)。但是，這些氣體及微小顆?？梢詮?qiáng)烈吸收中紅外激光輻射，所以，我們可以通過(guò)使用中紅外激光對(duì)林地進(jìn)行掃描照射，并實(shí)時(shí)探測(cè)其吸收狀況，從而實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)的極早期預(yù)警。系統(tǒng)正是基于以上原理，建立了一套以中紅外激光雷達(dá)5為基礎(chǔ)的森林火災(zāi)早期探測(cè)預(yù)警系統(tǒng):利用激光光束對(duì)森林火災(zāi)早期煙霧的探測(cè)，實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程地發(fā)現(xiàn)起火點(diǎn)的位置及火災(zāi)規(guī)模，從而及時(shí)、有效地?fù)錅缁鹎?，控制火?zāi)。系統(tǒng)將充分利用中紅外激光器精度高，傳輸距離遠(yuǎn)，對(duì)人眼安全的特性，實(shí)現(xiàn)半徑6km以?xún)?nèi)森林火災(zāi)的有效探測(cè)，從而可以對(duì)100平方公里內(nèi)的森林覆蓋進(jìn)行有效早期火災(zāi)預(yù)防。
[0025]為了進(jìn)一步提升火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確度和精度，中紅外激光器能夠發(fā)出三個(gè)波長(zhǎng)的中紅外激光，優(yōu)選的三個(gè)波長(zhǎng)為:3.8μπι、3.3μπι、3.Ιμπι (實(shí)際應(yīng)用中也不限于這三個(gè)波長(zhǎng))，這三種波長(zhǎng)可以分別對(duì)火災(zāi)煙霧中多種氣體和顆粒進(jìn)行探測(cè)?；谠摷す馄鞯南到y(tǒng)用于半徑6km內(nèi)的主動(dòng)掃描探測(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)探測(cè)不同波長(zhǎng)激光輸出的吸收狀況以及反射情況，再通過(guò)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理及分析，可以精確得出以激光器所在位置為圓心、半徑6km范圍內(nèi)林地內(nèi)各種微量氣體以及煙塵的分布情況，從而有效發(fā)現(xiàn)潛在的火災(zāi)隱患，一旦發(fā)現(xiàn)起火點(diǎn)，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)計(jì)算出起火點(diǎn)的中心位置、煙霧規(guī)模等火災(zāi)參數(shù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)則利用攝像機(jī)3將火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)圖像傳回監(jiān)控調(diào)度中心8并記錄火災(zāi)發(fā)生及救火的全部過(guò)程，監(jiān)控調(diào)度中心8通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面指揮調(diào)度救火，最大限度地減小火災(zāi)造成的損失，起到火災(zāi)預(yù)警的作用。
[0026]在本發(fā)明中，為了使激光輸出更加穩(wěn)定可靠，從而提高預(yù)警精度，對(duì)激光器進(jìn)行了以下幾點(diǎn)重要改進(jìn):
(I )、中紅外激光器部分針對(duì)大功率激光晶體的諧振腔設(shè)計(jì)技術(shù)，將所有包括的光學(xué)器件的熱透鏡效應(yīng)以及由強(qiáng)光引起的微小形變作為變量引入到系統(tǒng)之中，設(shè)計(jì)激光腔，達(dá)到穩(wěn)定的激光輸出；
(2 )、在中紅外激光器內(nèi)部采用了主動(dòng)熱形變管理技術(shù)，通過(guò)在激光器內(nèi)部安裝激光光斑探測(cè)器，探測(cè)光斑表面形狀，并利用自控裝置精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)耦合光斑，達(dá)到修正熱形變的目的，最終使激光輸出更為穩(wěn)定；
(3)、通過(guò)主動(dòng)探測(cè)泵浦光在晶體內(nèi)部的吸收，調(diào)節(jié)激光二極管陣列的工作溫度，采用了高功率二極管激光列陣的波長(zhǎng)自適應(yīng)技術(shù)，使整個(gè)半導(dǎo)體工作系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)；
(4)、中紅外激光器系統(tǒng)采用一系列機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，有效避免外界灰塵對(duì)晶體的污染，保證激光器的結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定；
(5)、中紅外激光器系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一人工晶體，實(shí)現(xiàn)同時(shí)同軸輸出多個(gè)波長(zhǎng)，均鍍有高損傷閾值的晶體膜，可增加晶體壽命，提高非線(xiàn)性晶體可靠性；
(6)、中紅外激光器采用全風(fēng)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝方便。
[0027]綜上，本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)成本相對(duì)國(guó)外技術(shù)方案更加簡(jiǎn)單，成本更低，布設(shè)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，精度及準(zhǔn)確度高，無(wú)需調(diào)動(dòng)衛(wèi)星、飛機(jī)等資源，也無(wú)需過(guò)多人力投入，更加符合中國(guó)國(guó)內(nèi)環(huán)境。
[0028]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括: 作為探測(cè)器件的中紅外激光雷達(dá)，能夠360度旋轉(zhuǎn)且俯仰角度能夠調(diào)節(jié)，所述中紅外激光雷達(dá)包括一中紅外激光器； 信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，接受中紅外激光雷達(dá)探測(cè)到的信號(hào)，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理以判斷是否有火災(zāi)，采用無(wú)線(xiàn)微波傳輸方式，傳輸頻率選自L(fǎng)波段、S波段或Ku波段； 包括一攝像機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，接受信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊的信息及拍攝指令進(jìn)行拍攝，并將拍攝數(shù)據(jù)傳送到信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊； 監(jiān)控調(diào)度中心，根據(jù)信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊發(fā)回的信號(hào)，安排車(chē)輛和人員調(diào)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述中紅外激光雷達(dá)安裝于一基站鐵塔上，探測(cè)范圍為以中紅外激光雷達(dá)所在位置為圓心的半徑6km的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述基站鐵塔的頂部安裝一避雷針，接地電阻不大于4歐姆以保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，還包括:一通過(guò)無(wú)線(xiàn)接收信號(hào)的中繼器，將接收到的信號(hào)放大后轉(zhuǎn)發(fā)，以保證信號(hào)傳輸質(zhì)量和傳輸距離；采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)進(jìn)行供電且保證能夠給每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的前段所有設(shè)備提供至少24小時(shí)的電力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述中紅外激光器的技術(shù)指標(biāo)如下:平均功率≥3 Wi30 kHz;重復(fù)頻率I kHz-100 kHz ;脈沖寬度≤20 nsi30 kHz ;光束質(zhì)量M2 ≤ 1.5 ;激光器的功率不穩(wěn)定度≤3% ;連續(xù)工作時(shí)間≥10小時(shí)；累積壽命≥5000小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述中紅外激光器能夠發(fā)出三個(gè)波長(zhǎng)的中紅外激光，這些波長(zhǎng)的中紅外激光能夠分別被火災(zāi)預(yù)燃階段釋放出的無(wú)機(jī)類(lèi)和有機(jī)類(lèi)分子氣體及其他微小顆粒物強(qiáng)烈吸收，以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)煙霧中多種氣體和顆粒進(jìn)行探測(cè)；所述無(wú)機(jī)類(lèi)分子氣體包括:CO，CO2, NOx, HCI，HBv, H2S,HN3, HCN, P2O5, HF，SO2，有機(jī)類(lèi)分子氣體包括:光氣、醛類(lèi)氣體、氰化氫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述三個(gè)波長(zhǎng)為:3.8 μ m、3.3 μ m、3.1 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述中紅外激光器的晶體在軸向的晶體結(jié)構(gòu)通過(guò)人工加工后被改變，會(huì)產(chǎn)生周期性的變化，從而使基頻激光可以轉(zhuǎn)化為不同波長(zhǎng)的中紅外激光，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)同軸輸出多個(gè)波長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述中紅外激光器內(nèi)部安裝有激光光斑探測(cè)器和自控裝置，所述激光光斑探測(cè)器探測(cè)光斑表面形狀，并利用自控裝置精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)耦合光斑，達(dá)到修正熱形變的目的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于中紅外激光器的森林火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述中紅外激光器內(nèi)部采用了強(qiáng)熱透鏡諧振腔設(shè)計(jì)技術(shù)，將所有包括的光學(xué)器件的熱透鏡效應(yīng)以及由強(qiáng)光引起的微小形變作為變量引入到系統(tǒng)之中，并在此基礎(chǔ)上找出激光器最佳的配置參數(shù)；所述中紅外激光器內(nèi)部采用了高功率二極管激光列陣的波長(zhǎng)自適應(yīng)技術(shù)，主動(dòng)探測(cè)泵浦光在晶體內(nèi)部的吸收，從而通過(guò)調(diào)節(jié)激光二極管陣列的工作溫度而使整個(gè)半導(dǎo)體工作系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G08B17/12GK103956022SQ201410140959
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】孔劍 申請(qǐng)人:蘇州鐳創(chuàng)光電技術(shù)有限公司